EP3237746B1 - Einrichtung einer brennstoffeinspritzanlage und metallische dichtende verbindungsanordnung - Google Patents

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EP3237746B1
EP3237746B1 EP15787538.6A EP15787538A EP3237746B1 EP 3237746 B1 EP3237746 B1 EP 3237746B1 EP 15787538 A EP15787538 A EP 15787538A EP 3237746 B1 EP3237746 B1 EP 3237746B1
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EP
European Patent Office
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partner
connecting partner
sealing
elevation
connection
Prior art date
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EP15787538.6A
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English (en)
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EP3237746A1 (de
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Klaus Lang
Gabor Herke
Norbert SCHIERHOLZ
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/004—Joints; Sealings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/02—Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • F02M55/025—Common rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/24—Fuel-injection apparatus with sensors
    • F02M2200/247—Pressure sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/90—Selection of particular materials
    • F02M2200/9053—Metals

Definitions

  • the invention relates to a metal sealing connection arrangement and a device of a fuel injection system with a metal sealing connection arrangement.
  • the invention relates to the field of fuel injection systems for internal combustion engines.
  • a rail assembly of a fuel injection system is known. This is used in particular for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • a supply pipe for supplying and providing pressurized fuel and a plurality of branches attached to the supply pipe for fluidically connecting the supply pipe to a fuel injector are provided.
  • the supply pipe has an inner contour which is designed to be conical, complementary to an outer contour of an insert section.
  • This conical inner contour which has an inner cross section that widens outward, can also only be formed by the axial pressing in of the insert section. This can ensure that the inner contour of the supply pipe is shaped exactly complementary to the outer contour of the insert section.
  • connection arrangement which is used in particular for fuel injection systems of internal combustion engines is already known.
  • the connection arrangement comprises a first metallic connection partner and a second metallic connection partner, conical or convex / concave sealing surfaces being formed on both connection partners.
  • a sealing contour can additionally be provided on a lower flat sealing surface, which has a circumferential elevation on one of the two connection partners.
  • the metallic sealing connection arrangement according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that an improved configuration and functionality are made possible.
  • an improved sealing effect can be achieved with regard to a given material input.
  • the power density can be increased with the same installation space, so that it can be sealed against a higher pressure. Accordingly, the use of materials can be reduced in order to achieve specified requirements.
  • This also enables a cost-effective realization of a sealing function in which a seal against an internal pressure of a fuel-carrying component, in particular a fuel distributor, is possible.
  • the invention is used in fuel injection systems for direct fuel injection, whereby an air-fuel mixture is created within cylinder combustion chambers of an internal combustion engine designed as a gasoline engine.
  • the fuel is injected into the combustion chambers at high pressure.
  • a fuel distributor serves as a
  • Pressure accumulator and for distributing the fuel to several fuel injectors.
  • a sensor is used according to the invention which enables at least one pressure measurement and is preferably designed as a high pressure sensor.
  • a connection partner can be a screw-in socket carrying internal pressure with a sealing function.
  • the pretensioning force cannot be maintained by a screw head but by a sealing cone.
  • a possible screwing in which takes place with a predetermined torque, there is, however, a large scatter in the sealing point characteristics, which is caused in particular by the scatter in the coefficients of friction.
  • connection partner which is for example the base body of a fuel store
  • another connection partner which is for example an attachment
  • This metallic interface can be characterized by the fact that a rotating bolt with thread and conical sealing surface, a standing nut with thread and spherical or toroidal sealing seat, a relative movement of the two connection partners (sealing partners) due to the rotational movement when screwing in the bolt and a plastic deformation of one Connection partner are given due to the biasing force to seal against the fuel.
  • a crowned or toroidal bolt and a conical nut can also be used.
  • the attachment at the sealing point can be a sensor.
  • plastic deformation can only take place on the pressure sensor connector through a suitable material pairing.
  • a targeted setting of a sealing seat width during the initial assembly of the interface can be achieved by an assembly method controlled by the angle of rotation.
  • a provided bolt can be designed to conduct internal pressure.
  • a cone angle on the bolt can be between approximately 60 ° to approximately 120 °.
  • a radius on the nut side can be designed so that it is not completely plastically deformed even with maximum compression.
  • the circumferential elevation is convex and / or toroidal.
  • a toroidal formation is a configuration corresponding to a partial shape of a torus, in particular a convex configuration.
  • the spherical design is usually the partial shape of a torus. This enables a shaping in which the plastic deformation of the second connection partner is limited to the circumferential elevation.
  • an advantageous, circumferential seal can be achieved by specifically setting a sealing contour with an at least approximately predetermined size of the resulting sealing surface via the plastic deformation. It is therefore also advantageous that plastic deformation between the first connection partner and the second connection partner occurs only on the sealing contour of the second connection partner.
  • the circumferential elevation of the second connection partner is designed in such a way that with a maximally adjustable plastic deformation of the circumferential elevation, only a partial plastic deformation of the elevation occurs.
  • the screw connection between the first connection partner and the second connection partner can be designed in such a way that a sealing seat width on the deformed elevation between the first connection partner and the second connection partner can be set via an angle of rotation between the first connection partner and the second connection partner.
  • the extent of the plastic deformation of the sealing contour of the second connection partner is then also predetermined via the predetermined angle of rotation.
  • a conical sealing area is formed by the plastic deformation of the sealing contour of the second connection partner, the conical sealing area being designed with a cone angle which is predetermined by the conical sealing surface of the first connection partner.
  • the first connection partner are designed as a bolt, which has an axial bore
  • the second connection partner as a connector, which has an axial through-bore.
  • the axial bore or the axial through bore can also be configured "axially” only in relation to the sealing area and not necessarily “axially” in relation to the entire component.
  • the The first connection partner is designed as a socket, which has an axial through-hole
  • the second connection partner is designed as a bolt, which has an axial hole.
  • plastic deformation can be set precisely and largely independently of friction within a desired range.
  • Another advantage is that the optimized assembly process allows better use of the thread strength, since the lower spread of the preload enables a smaller distance to the maximum thread tension.
  • a metallically sealing, modified ball / cone connection rotating in the contact area can be implemented after assembly, the sealing contour being convex or toroidal in the contact area, so that the "ball" is modified in a convex shape or as part of a torus is.
  • plastic deformation of the sealing contour takes place when screwing, while the first connection partner is not plastically deformed, in particular in its contact area with the sealing contour.
  • the plastic deformation of the sealing contour of the second connection partner then forms a conical sealing area with the cone angle that is specified by the first connection partner.
  • the required sealing length and preload can be set very precisely via the shape of this conical area. This is done specifically by means of an assembly process controlled by the angle of rotation via the geometric relationship between the thread pitch and the angle of rotation.
  • Fig. 1 shows a device 1 of a fuel injection system with a fuel-carrying component 2 and a connection part 3, wherein a connection arrangement 4 can be produced between a connection partner 5, which is provided on the component 2, and a connection partner 6, which is provided on the connection part 3.
  • the Fig. 1 a state of the connection arrangement 4 before assembly in a partial, schematic sectional view corresponding to a first embodiment, in which the connection partner 6 on the connection part 3 serves as the first connection partner 6 and the connection partner 5 on the component 2 as the second connection partner 6.
  • the component 2 can in particular be designed as a fuel distributor strip 2.
  • the connection part 3 can be designed as a sensor 3.
  • a sensor element 7 can be provided which, in the assembled state, measures, for example, a pressure of the fuel that is located in an axial bore 8 of the connection part 3.
  • the connection part 3 can be designed as a pressure sensor 3.
  • other sensor functions can also be implemented, such as temperature measurement.
  • the pressure of gasoline as a possible fuel can be, for example, 35 MPa.
  • connection partner 6 An external thread 9 is formed on the first connection partner 6. Furthermore, the second connection partner 5 has an internal thread 10 with which the first connection partner 6 can be screwed into the second connection partner 5. About the External thread 9 and internal thread 10 is a screw connection 11.
  • the connection partners 5, 6 can be connected to one another by screwing them with respect to an axis 12 such that the connection partner 6 can be joined in a joining direction 13 in a recess 14 of the connection partner 5.
  • a conical sealing surface 15 is formed on the connection partner 6.
  • a cone angle 16 of the conical sealing surface 15 is selected from a range of approximately 60 ° to approximately 120 °.
  • a partially conical surface 17 is configured on the connection partner 5, which merges into a circumferential elevation 18.
  • a sealing contour 19 is realized on the connection partner 5 by the conical surface 17 and the elevation 18.
  • the elevation 18 revolves around the axis 12.
  • the circumferential elevation 18 faces the conical sealing surface 15 of the connection partner 6.
  • the conical surface 17 of the connection partner 5 also faces the conical sealing surface 15 of the connection partner 6.
  • the sealing contour 19 of the connection partner 5 is designed so that when the first connection partner 6 is screwed to the second connection partner 5, the circumferential elevation 18 of the second connection partner 5 is partially plastically deformed in order to create a metallic seal between the conical sealing surface 15 of the first connection partner 6 and the to form at least partially deformed elevation 18 of the second connection partner 5 in the screwed state. This process is also described below with reference to the Fig. 2 described in more detail.
  • Fig. 2 shows the in Fig. 1 with II designated section of the connecting arrangement 4 during assembly according to the first embodiment of the invention.
  • a state is shown in which the connection partner 6 is just touching the elevation 18 at a contact point 21 or a circumferential contact line 21 due to its rotational angle position 20.
  • an end position can be assumed which is illustrated by a line 22 shown in broken lines.
  • An end position of the connection partner 6 relative to the connection partner 5 can be determined by the line 22, which corresponds to a maximum adjustable plastic deformation of the circumferential elevation 18, with only a partial plastic deformation of the elevation 18 occurring.
  • the elevation 18 is designed to be suitable for this.
  • an effective sealing surface 23 the position of which on the line 22 in the Fig. 2 is illustrated.
  • This effective sealing surface 23 results between the conical sealing surface 15 and the plastically deformed one Elevation 18.
  • the geometric size of the sealing surface 23 can be adjusted at least approximately via the angle of rotation position 20.
  • a metallic seal can thus be formed between the connection partners 5, 6 between the conical sealing surface 15 and the elevation 18, which is partially deformed in the screwed state.
  • the elevation 18 is convex and / or toroidal.
  • the circumferential elevation 18 of the connection partner 5 can have a rounded transition 24 to an axial through hole 25 of the connection partner 5.
  • the rounded transition 24 can be designed with the radius R here.
  • connection partners 5, 6 The material pairing between the connection partners 5, 6 is specified in such a way that only a plastic deformation of the elevation 18 occurs, but no plastic deformation of the conical sealing surface 15.
  • the sealing area 23 given by the effective sealing surface 23 is formed in the assembled state as a conical sealing area 23, which has the same conical angle 16 as the conical sealing surface 15, because the conical angle 16 of the sealing area 23 is then through the conical sealing surface 15 of the first connection partner 6 given.
  • the cone angle 16 of the sealing area 23 is thus also within the range from approximately 60 ° to approximately 120 °.
  • a cone angle 26 of the conical surface 17 of the sealing contour 19 of the connection partner 5 is preferably larger than the cone angle 16.
  • the effective sealing surface (the sealing area) 23 results in a (mean) sealing seat width 27 on the deformed elevation 18 between the connection partners 5, 6.
  • the sealing seat width 27 can also be adjusted via the angle of rotation (the angle of rotation position) 20 between the connection partners 5, 6 .
  • the first connection partner 6 is designed as a bolt 6 which has the axial bore 8.
  • the second connection partner 5 is designed as a connector 5 which has the axial through-hole 25.
  • Fig. 3 shows the in Fig. 1 with II designated section of the connecting arrangement 4 according to a second embodiment.
  • the first connection partner 6 is provided on the component 2, while the second connection partner 5 is provided on the connection part 3.
  • the plastically deformable elevation 18 is thus configured on the connection partner 5 of the connection part 3.
  • the conical sealing surface 15, which preferably does not deform plastically when the connection is formed, is configured on the connection partner 6 of the component 2. Consequently
  • the first connection partner 6 can be configured as a connector that has the axial through-hole 25
  • the second connection partner 5 can be configured as a bolt 5 that has the axial bore 8.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine metallisch dichtende Verbindungsanordnung und eine Einrichtung einer Brennstoffeinspritzanlage mit einer metallisch dichtenden Verbindungsanordnung. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen.
  • Aus der DE 10 2008 035 492 A1 ist eine Railbaugruppe einer Kraftstoffeinspritzanlage bekannt. Diese dient insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Hierbei sind ein Versorgungsrohr zum Zuführen und Bereitstellen von unter Druck stehendem Kraftstoff und mehrere am Versorgungsrohr befestigte Abzweige zum fluidischen Verbinden des Versorgungsrohrs mit jeweils einem Kraftstoffinjektor vorgesehen. Außerdem weist das Versorgungsrohr an seinem axialen Ende, in welches ein Drucksensoranschluss eingesteckt ist, eine Innenkontur auf, die komplementär zu einer Außenkontur eines Einsatzabschnitts kegelförmig ausgestaltet ist. Dabei kann sich diese kegelförmige Innenkontur, die einen sich nach außen aufweitenden Innenquerschnitt aufweist, auch erst durch das axiale Einpressen des Einsatzabschnitts ausbilden. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Innenkontur des Versorgungsrohrs exakt komplementär zur Außenkontur des Einsatzabschnitts geformt ist.
  • Die aus der DE 10 2008 035 492 A1 bekannte Railbaugruppe und die hierbei vorgesehene Verbindung, die durch axiales Einpressen ausgebildet wird, haben den Nachteil, dass die sich ergebende Vorspannkraft an der Verbindung weitgehend unbestimmt ist. Speziell durch das axiale Einpressen können hierbei sehr große Kräfte auftreten, was eine entsprechende Auslegung der Verbindungspartner erfordert. Da der Kegelwinkel für die kegelförmige Innenkontur sehr klein ist, können die auftretenden Spannkräfte sehr schnell sehr groß werden, so dass eine entsprechende Verformbarkeit des Versorgungsrohrs gewährleistet sein muss.
  • Bei der Ausgestaltung einer Verbindung eines Drucksensors mit einem Brennstoffspeicher ist es denkbar, dass eine Schraubverbindung zum Einsatz kommt. Hierbei sind Kugel/Kegel-oder Kegel/Kegel-Verbindungspaarungen mit bewegten Kontaktflächen denkbar. Hierbei ist eine Verschraubung mit einem vorgegebenen Drehmoment möglich, wobei die Schnittstelle durch einen flächigen Kontakt abdichtet. Bedingt durch die Werkstoffpaarung und durch geometrische Toleranzen erfolgt hierbei eine plastische Verformung nur eines Verbindungspartners oder beider Verbindungspartner. Hierbei ergibt sich allerdings das Problem, dass durch die drehmomentgesteuerte Montage aufgrund vielfältiger Einflüsse eine große Streuung der Dichtstellenausprägung möglich ist. Ein wesentlicher Einfluss ist dabei die Streuung der Reibwerte. Dies ist besonders nachteilig, da zur Sicherstellung der Mindestverformung beziehungsweise der Vorspannkraft sehr große Sicherheitsfaktoren bei der Auslegung der Verbindungspartner aufgeschlagen werden müssen. Aus der JP 2009 52452 A ist bereits eine metallisch dichtende Verbindungsanordnung, die insbesondere für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen dient, bekannt. Die Verbindungsanordnung umfasst einen ersten metallischen Verbindungspartner und einen zweiten metallischen Verbindungspartner, wobei an beiden Verbindungspartnern konische oder konvexe/konkave Dichtflächen ausgebildet sind. An einer unteren ebenen Dichtfläche kann zusätzlich eine Dichtkontur vorgesehen sein, die an einem der beiden Verbindungspartner eine umlaufen Erhebung aufwiest. Dokument DE 10 2004 032 203 offenbart einen Kraftstoffhochdruckspeicher mit einem Drucksensor.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße metallisch dichtende Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise ermöglicht sind. Insbesondere kann in Bezug auf einen gegebenen Materialeinsatz eine verbesserte Dichtwirkung erzielt werden. Speziell kann hierbei bei gleichem Bauraum die Leistungsdichte gesteigert werden, so dass gegen einen höheren Druck abgedichtet werden kann. Dementsprechend kann für das Erreichen vorgegebener Anforderungen der Materialeinsatz reduziert werden. Dies ermöglicht auch eine kostengünstige Realisierung einer Dichtfunktion, bei der eine Abdichtung gegen einen Innendruck einer Brennstoff führenden Komponente, insbesondere eines Brennstoffverteilers, möglich ist.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen metallisch dichtenden Verbindungsanordnung und der im Anspruch 10 angegebenen Einrichtung einer Brennstoffeinspritzanlage möglich.
  • Erfindungsgemäß erfolgt ein Einsatz bei Brennstoffeinspritzanlagen zur Benzindirekteinspritzung, wobei ein Luft-Brennstoff-Gemisch innerhalb von Zylinderbrennräumen einer als Otto-Motor ausgestalteten Brennkraftmaschine entsteht. Der Brennstoff wird hierzu mit hohem Druck in die Brennräume eingespritzt. Ein Brennstoffverteiler dient hierbei als
  • Druckspeicher und zur Verteilung des Brennstoffs auf mehrere Brennstoffeinspritzventile. Um den Druck im Einspritzsystem zu steuern, kommt erfindungsgemäß ein Sensor zum Einsatz, der zumindest eine Druckmessung ermöglicht und vorzugsweise als Hochdrucksensor ausgestaltet ist.
  • Speziell zur Verbindung solch eines Drucksensors mit einer Brennstoffverteilerleiste für die Benzindirekteinspritzung ergeben sich besondere Anforderungen, wenn eine Schraubverbindung realisiert werden soll. Bei einem Verbindungspartner kann es sich um einen Innendruck führenden Einschraubstutzen mit Dichtfunktion handeln. Bei dem anderen Verbindungspartner kann die Vorspannkraft nicht durch einen Schraubkopf, sondern über einen Dichtkegel aufrechterhalten werden. Bei einer möglichen Einschraubung, die mit einem vorgegebenen Drehmoment erfolgt, ergibt sich allerdings eine große Streuung der Dichtstellenausprägung, was insbesondere durch die Streuung der Reibwerte verursacht ist. Im Unterschied dazu ist es daher vorteilhaft, wenn eine Einschraubtiefe beziehungsweise ein Abstand der Verbindungspartner neben der Dichtstelle eingestellt wird.
  • Dabei ist in vorteilhafter Weise eine Abdichtung an der metallischen Schnittstelle zwischen dem einen Verbindungspartner, der beispielsweise der Grundkörper eines Brennstoffspeichers ist, und einem anderen Verbindungspartner, der beispielsweise ein Anbauteil ist, möglich. Diese metallische Schnittstelle kann sich dadurch auszeichnen, dass ein drehender Bolzen mit Gewinde und kegelförmiger Dichtfläche, eine stehende Mutter mit Gewinde und balligem beziehungsweise torischem Dichtsitz, eine Relativbewegung der beiden Verbindungspartner (Dichtpartner) durch die Drehbewegung beim Einschrauben des Bolzens und eine plastische Verformung des einen Verbindungspartners infolge der Vorspannkraft zum Abdichten gegen den Brennstoff gegeben sind.
  • Hierbei können bei einer möglichen Abwandlung auch ein balliger beziehungsweise torischer Bolzen und eine kegelige Mutter zum Einsatz kommen. Ferner kann es sich bei dem Anbauteil an der Dichtstelle um einen Sensor handeln. Außerdem kann durch eine geeignete Werkstoffpaarung nur am Drucksensorstutzen eine plastische Verformung stattfinden. Ein gezieltes Einstellen einer Dichtsitzbreite bei der Erstmontage der Schnittstelle kann durch ein drehwinkelgesteuertes Montageverfahren erzielt werden. Ein vorgesehener Bolzen kann Innendruck führend ausgestaltet sein. Ein Kegelwinkel am Bolzen kann zwischen etwa 60° bis etwa 120° liegen. Außerdem kann ein Radius an der Mutterseite so ausgestaltet sein, dass auch bei einer maximalen Verpressung dieser nicht vollständig plastisch verformt ist.
  • Bei der Ausgestaltung der metallisch dichtenden Verbindungsanordnung ist es somit vorteilhaft, dass die umlaufende Erhebung ballig und/oder torisch ausgeformt ist. Unter einer torischen Ausformung ist hierbei eine Ausgestaltung entsprechend einer Teilform eines Torus insbesondere konvexe, Ausgestaltung vorgegeben ist. Bei der balligen Ausgestaltung handelt es sich in der Regel um die Teilform eines Torus. Hierdurch ist eine Ausformung möglich, bei der die plastische Verformung des zweiten Verbindungspartners auf die umlaufene Erhebung begrenzt ist. Zudem kann eine vorteilhafte, umlaufende Abdichtung erzielt werden, indem über die plastische Verformung gezielt eine Dichtkontur mit einer zumindest näherungsweise vorgegebenen Größe der sich ergebenden Dichtfläche eingestellt ist. Daher ist es ebenfalls vorteilhaft, dass eine plastische Verformung zwischen dem ersten Verbindungspartner und dem zweiten Verbindungspartner nur an der Dichtkontur des zweiten Verbindungspartners auftritt.
  • Speziell ist es hierbei vorteilhaft, dass die umlaufende Erhebung des zweiten Verbindungspartners so ausgestaltet ist, dass bei einer maximal einstellbaren plastischen Verformung der umlaufenden Erhebung nur eine teilweise plastische Verformung der Erhebung auftritt. Die Verschraubung zwischen dem ersten Verbindungspartner und dem zweiten Verbindungspartner kann hierbei in vorteilhafter Weise so ausgestaltet sein, dass eine Dichtsitzbreite an der verformten Erhebung zwischen dem ersten Verbindungspartner und dem zweiten Verbindungspartner über einen Drehwinkel zwischen dem ersten Verbindungspartner und dem zweiten Verbindungspartner einstellbar ist. Über den vorgegebenen Drehwinkel ist hierbei dann auch das Ausmaß der plastischen Verformung der Dichtkontur des zweiten Verbindungspartners vorgegeben.
  • Vorteilhaft ist es auch, dass durch die plastische Verformung der Dichtkontur des zweiten Verbindungspartners ein kegelförmiger Dichtbereich gebildet ist, wobei der kegelförmige Dichtbereich mit einem Kegelwinkel ausgestaltet ist, der durch die konische Dichtfläche des ersten Verbindungspartners vorgegeben ist. Hierdurch kann die gewünschte, sich ergebende wirksame Dichtfläche, insbesondere deren Größe, zuverlässig eingestellt werden. Hierbei ergibt sich auch eine gewisse Unabhängigkeit von möglichen Fertigungstoleranzen und Reibwertstreuungen.
  • Bei einer möglichen Ausgestaltung ist es vorteilhaft, dass der erste Verbindungspartner als Bolzen, der eine axiale Bohrung aufweist, und der zweite Verbindungspartner als Stutzen, der eine axiale Durchgangsbohrung aufweist, ausgestaltet sind. Hierbei kann die axiale Bohrung beziehungsweise die axiale Durchgangsbohrung auch nur in Bezug auf den Dichtbereich "axial" ausgestaltet sein und nicht notwendigerweise "axial" in Bezug auf das gesamte Bauteil. Bei einer weiteren möglichen Ausgestaltung ist es vorteilhaft, dass der erste Verbindungspartner als Stutzen, der eine axiale Durchgangsbohrung aufweist, und der zweite Verbindungspartner als Bolzen, der eine axiale Bohrung aufweist, ausgestaltet sind. Hierdurch kann je nach Anwendungsfall speziell zur Anbindung eines Sensors, insbesondere eines Drucksensors, gezielt eine plastische Verformung an nur einem der Verbindungspartner erreicht werden.
  • Somit ergibt sich auch der Vorteil, dass ein definierter Kontaktpunkt beziehungsweise umlaufend eine definierte Kontaktlinie bei einem Beginn der Verschraubung vorliegt. Bei Versuchen hat sich gezeigt, dass bei Werkstoffpaarungen vorwiegend ähnlicher Stähle, zum Beispiel korrosionsbeständiger Stähle, gelegentlich eine Kaltverschweißung am Dichtkegel auftritt. Dies kann insbesondere durch lokal hohe Spannungen an Kanten einer vorgesehenen Fase erklärt werden. Dem wird speziell durch die ballige oder torische Dichtkontur am Sitz entgegengewirkt, da hierdurch ein gleichmäßigerer Anstieg der Spannung erreicht wird.
  • Durch den optimierten Montageprozess kann eine plastische Verformung innerhalb einer gewünschten Größenordnung genau und weitgehend reibungsunabhängig eingestellt werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch den optimierten Montageprozess die Gewindefestigkeit besser ausgenutzt werden kann, da durch die geringere Streuung der Vorspannung ein geringerer Abstand zur maximalen Gewindespannung ermöglicht wird.
  • In vorteilhafter Weise kann eine metallisch dichtende, im Kontaktbereich drehende, abgewandelte Kugel/Kegel-Verbindung nach der Montage realisiert werden, wobei die Dichtkontur im Kontaktbereich ballig beziehungsweise torisch geformt ist, so dass die "Kugel" in balliger Form beziehungsweise als Teil eines Torus abgewandelt ist. Bedingt durch die Werkstoffpaarung findet beim Verschrauben eine plastische Verformung der Dichtkontur statt, während der erste Verbindungspartner insbesondere in seinem Kontaktbereich zur Dichtkontur nicht plastisch verformt wird. Durch die plastische Verformung der Dichtkontur des zweiten Verbindungspartners bildet sich dann ein kegelförmiger Dichtbereich mit dem Kegelwinkel aus, der durch den ersten Verbindungspartner vorgegeben ist. Über die Ausprägung dieses Kegelbereichs können die erforderliche Abdichtlänge und Vorspannung sehr genau eingestellt werden. Dies geht speziell mittels eines drehwinkelgesteuerten Montageverfahrens über den geometrischen Zusammenhang zwischen der Gewindesteigung und dem Drehwinkel.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Einrichtung einer Brennstoffeinspritzanlage mit einer Verbindungsanordnung vor der Montage in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • Fig. 2 den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Verbindungsanordnung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
    • Fig. 3 den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Verbindungsanordnung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt eine Einrichtung 1 einer Brennstoffeinspritzanlage mit einer Brennstoff führenden Komponente 2 und einem Anschlussteil 3, wobei eine Verbindungsanordnung 4 zwischen einem Verbindungspartner 5, der an der Komponente 2 vorgesehen ist, und einem Verbindungspartner 6, der an dem Anschlussteil 3 vorgesehen ist, herstellbar ist. Hierbei zeigt die Fig. 1 einen Zustand der Verbindungsanordnung 4 vor der Montage in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel, in dem der Verbindungspartner 6 am Anschlussteil 3 als erster Verbindungspartner 6 und der Verbindungspartner 5 an der Komponente 2 als zweiter Verbindungspartner 6 dienen.
  • Die Komponente 2 kann insbesondere als Brennstoffverteilerleiste 2 ausgestaltet sein. Das Anschlussteil 3 kann als Sensor 3 ausgestaltet sein. Hierfür kann ein Sensorelement 7 vorgesehen sein, das im montierten Zustand beispielsweise einen Druck des Brennstoffs, der sich in einer axialen Bohrung 8 des Anschlussteils 3 befindet, misst. Dadurch kann das Anschlussteil 3 als Drucksensor 3 ausgestaltet werden. Allerdings können auch andere Sensorfunktionen realisiert werden, wie beispielsweise eine Temperaturmessung. Der Druck von Benzin als möglicher Brennstoff kann beispielsweise 35 MPa betragen.
  • An dem ersten Verbindungspartner 6 ist ein Außengewinde 9 ausgebildet. Ferner weist der zweite Verbindungspartner 5 ein Innengewinde 10 auf, mit dem der erste Verbindungspartner 6 in den zweiten Verbindungspartner 5 einschraubbar ist. Über das Außengewinde 9 und das Innengewinde 10 ist eine Schraubverbindung 11 gegeben. Hierbei sind die Verbindungspartner 5, 6 durch Verschrauben bezüglich einer Achse 12 so miteinander verbindbar, dass der Verbindungspartner 6 in einer Fügerichtung 13 in eine Ausnehmung 14 des Verbindungspartners 5 fügbar ist.
  • An dem Verbindungspartner 6 ist eine konische Dichtfläche 15 ausgebildet. Ein Kegelwinkel 16 der konischen Dichtfläche 15 ist hierbei aus einem Bereich von etwa 60° bis etwa 120° gewählt.
  • An dem Verbindungspartner 5 ist eine teilweise konische Fläche 17 ausgestaltet, die in eine umlaufende Erhebung 18 übergeht. Durch die konische Fläche 17 und die Erhebung 18 ist eine Dichtkontur 19 an dem Verbindungspartner 5 realisiert. Die Erhebung 18 läuft um die Achse 12 um. Die umlaufende Erhebung 18 ist der konischen Dichtfläche 15 des Verbindungspartners 6 zugewandt. Ferner ist auch die konische Fläche 17 des Verbindungspartners 5 der konischen Dichtfläche 15 des Verbindungspartners 6 zugewandt. Die Dichtkontur 19 des Verbindungspartners 5 ist so ausgestaltet, dass beim Verschrauben des ersten Verbindungspartners 6 mit dem zweiten Verbindungspartner 5 die umlaufende Erhebung 18 des zweiten Verbindungspartners 5 teilweise plastisch verformt wird, um eine metallische Abdichtung zwischen der konischen Dichtfläche 15 des ersten Verbindungspartners 6 und der im verschraubten Zustand zumindest teilweise verformten Erhebung 18 des zweiten Verbindungspartners 5 auszubilden. Dieser Vorgang ist im Folgenden auch unter Bezugnahme auf die Fig. 2 näher beschrieben.
  • Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Verbindungsanordnung 4 während der Montage entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei ist ein Zustand dargestellt, in dem der Verbindungspartner 6 aufgrund seiner Drehwinkelstellung 20 gerade die Erhebung 18 an einem Kontaktpunkt 21 beziehungsweise einer umlaufenden Kontaktlinie 21 berührt. Beim weiteren Verschrauben kommt es zu einer plastischen Verformung der Erhebung 18. Hierdurch kann beispielsweise eine Endposition angenommen werden, die durch eine unterbrochen dargestellte Linie 22 veranschaulicht ist. Durch die Linie 22 kann hierbei eine Endposition des Verbindungspartners 6 relativ zu dem Verbindungspartner 5 bestimmt sein, die einer maximal einstellbaren plastischen Verformung der umlaufenden Erhebung 18 entspricht, wobei nur eine teilweise plastische Verformung der Erhebung 18 auftritt. Die Erhebung 18 ist hierfür geeignet ausgestaltet.
  • Im verformten Zustand der Erhebung 18 ergibt sich dann eine wirksame Dichtfläche 23, deren Position auf der Linie 22 in der Fig. 2 veranschaulicht ist. Diese wirksame Dichtfläche 23 ergibt sich zwischen der konischen Dichtfläche 15 und der plastisch verformten Erhebung 18. Die geometrische Größe der Dichtfläche 23 ist zumindest näherungsweise über die Drehwinkelstellung 20 einstellbar.
  • Somit kann zwischen den Verbindungspartnern 5, 6 eine metallische Abdichtung zwischen der konischen Dichtfläche 15 und der im verschraubten Zustand teilweise verformten Erhebung 18 ausgebildet werden. Die Erhebung 18 ist hierbei im Ausgangszustand ballig und/oder torisch ausgeformt. Speziell kann die umlaufende Erhebung 18 des Verbindungspartners 5 einen abgerundeten Übergang 24 zu einer axialen Durchgangsbohrung 25 des Verbindungspartners 5 aufweisen. Der abgerundete Übergang 24 kann hierbei mit dem Radius R ausgeführt sein.
  • Die Werkstoffpaarung zwischen den Verbindungspartnern 5, 6 ist so vorgegeben, dass nur eine plastische Verformung der Erhebung 18, aber keine plastische Verformung der konischen Dichtfläche 15 auftritt. Dadurch ist der durch die wirksame Dichtfläche 23 gegebene Dichtbereich 23 im montierten Zustand als kegelförmiger Dichtbereich 23 gebildet, der den gleichen Kegelwinkel 16 aufweist wie die konische Dichtfläche 15. Denn der Kegelwinkel 16 des Dichtbereichs 23 ist dann durch die konische Dichtfläche 15 des ersten Verbindungspartners 6 vorgegeben. Somit liegt auch der Kegelwinkel 16 des Dichtbereichs 23 dann innerhalb des Bereichs von etwa 60° bis etwa 120°. Ein Kegelwinkel 26 der konischen Fläche 17 der Dichtkontur 19 des Verbindungspartners 5 ist vorzugsweise größer vorgegeben als der Kegelwinkel 16.
  • Aus der wirksamen Dichtfläche (dem Dichtbereich) 23 ergibt sich eine (mittlere) Dichtsitzbereite 27 an der verformten Erhebung 18 zwischen den Verbindungspartnern 5, 6. Die Dichtsitzbreite 27 ist hierbei ebenfalls über den Drehwinkel (die Drehwinkelstellung) 20 zwischen den Verbindungspartnern 5, 6 einstellbar.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Verbindungspartner 6 als Bolzen 6 ausgestaltet, der die axiale Bohrung 8 aufweist. Der zweite Verbindungspartner 5 ist als Stutzen 5 ausgestaltet, der die axiale Durchgangsbohrung 25 aufweist.
  • Fig. 3 zeigt den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Verbindungsanordnung 4 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Verbindungspartner 6 an der Komponente 2 vorgesehen, während der zweite Verbindungspartner 5 an dem Anschlussteil 3 vorgesehen ist. Die plastisch verformbare Erhebung 18 ist somit an dem Verbindungspartner 5 des Anschlussteils 3 ausgestaltet. Die konische Dichtfläche 15, die sich bei der Ausbildung der Verbindung vorzugsweise nicht plastisch verformt, ist an dem Verbindungspartner 6 der Komponente 2 ausgestaltet. Somit kann in diesem Ausführungsbeispiel der erste Verbindungspartner 6 als Stutzen ausgestaltet sein, der die axiale Durchgangsbohrung 25 aufweist, und der zweite Verbindungspartner 5 kann als Bolzen 5 ausgestaltet sein, der die axiale Bohrung 8 aufweist.

Claims (9)

  1. Metallisch dichtende Verbindungsanordnung (4) mit einem Drucksensor (3) als ersten metallischen Verbindungspartner (6) und einer Brennstoffverteilerleiste (2) als zweiten metallischen Verbindungspartner (5), wobei die beiden Verbindungspartner (5, 6) Teil einer Brennstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine sind und wobei an dem ersten Verbindungspartner (6) eine konische Dichtfläche (15) ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verbindungspartner (5, 6) durch Verschrauben bezüglich einer Achse (12) unmittelbar miteinander verbindbar sind,
    wobei an dem zweiten Verbindungspartner (5) eine der konischen Dichtfläche (15) des ersten Verbindungspartners (6) zugeordnete Dichtkontur (19) ausgestaltet ist,
    wobei die Dichtkontur (19) des zweiten Verbindungspartners (5) in einem Ausgangszustand eine um die Achse (12) umlaufende Erhebung (18) aufweist,
    die der konischen Dichtfläche (15) des ersten Verbindungspartners (6) zugewandt ist,
    und wobei die Dichtkontur (19) des zweiten Verbindungspartners (5) so ausgestaltet ist, dass beim Verschrauben des ersten Verbindungspartners (6) mit dem zweiten Verbindungspartner (5) die umlaufende Erhebung (18) des zweiten Verbindungspartners (5) zumindest teilweise plastisch verformt wird, um eine metallische Abdichtung zwischen der konischen Dichtfläche (15) des ersten Verbindungspartners (6) und der im verschraubten Zustand zumindest teilweise verformten Erhebung (18) des zweiten Verbindungspartners (5) auszubilden. 1.
  2. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die umlaufende Erhebung (18) ballig und/oder torisch ausgeformt ist.
  3. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine plastische Verformung zwischen dem ersten Verbindungspartner (6) und dem zweiten Verbindungspartner (5) nur an der Kontur (19) des zweiten Verbindungspartners (5) auftritt.
  4. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass durch die plastische Verformung der Dichtkontur (19) des zweiten Verbindungspartners (5) ein kegelförmiger Dichtbereich (23) mit einem durch die konische Dichtfläche (15) des ersten Verbindungspartners (6) vorgegebenen Kegelwinkel (16) gebildet ist.
  5. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Kegelwinkel (16) der konischen Dichtfläche (15) aus einem Bereich von etwa 60° bis etwa 120° gewählt ist.
  6. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verschraubung zwischen dem ersten Verbindungspartner (6) und dem zweiten Verbindungspartner (5) so ausgestaltet ist, dass eine Dichtsitzbreite (27) an der verformten Erhebung (18) zwischen dem ersten Verbindungspartner (6) und dem zweiten Verbindungspartner (5) über einen Drehwinkel (20) zwischen dem ersten Verbindungspartner (6) und dem zweiten Verbindungspartner (5) einstellbar ist.
  7. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die umlaufende Erhebung (18) des zweiten Verbindungspartners (5) einen abgerundeten Übergang (24) zu einer axialen Durchgangsbohrung (25) aufweist.
  8. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die umlaufende Erhebung (18) des zweiten Verbindungspartners (5) so ausgestaltet ist, dass bei einer maximal einstellbaren plastischen Verformung der umlaufenden Erhebung (18) nur eine teilweise plastische Verformung der Erhebung (18) der Dichtkontur (19) auftritt.
  9. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der erste Verbindungspartner (6) als Bolzen (6), der eine axiale Bohrung (8) aufweist, und der zweite Verbindungspartner (5) als Stutzen (5), der eine axiale Durchgangsbohrung (25) aufweist, ausgestaltet sind oder dass der erste Verbindungspartner (6) als Stutzen (6), der eine axiale Durchgangsbohrung (25) aufweist, und der zweite Verbindungspartner (5) als Bolzen (5), der eine axiale Bohrung (8) aufweist, ausgestaltet sind.
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